旋流式竖井整体三维数值模拟

该文通过建立Realizable k-ε紊流模型,分别采用VOF模型和Eulerian(欧拉)模型对旋流式竖井水力特性进行整体三维数值模拟计算。流态、压强及掺气形态等水力参数的计算结果与水工物理模型试验结果对比分析表明,在隐格式迭代方法条件下,VOF模型和Eulerian模型均可模拟旋流式竖井流场;在掺气形态数值模拟方面,Eulerian模型在一定程度上比VOF模型具有更好的模拟精度。     

旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

竖井式溢洪道进水口体形优化设计与研究

进水口体形设计是竖井式溢洪道设计关键问题之一。通过物理模型试验与数值模拟相结合的方法,对海南琼中抽水蓄能电站的竖井式溢洪道进水口进行优化设计,最终确定了在环形溢流堰堰顶增设6道不等高导流墩的布置形式。溢洪道进水口优化设计后,有效改善了堰顶流态,减小了进口库水位波动,增大泄流能力。     

贮灰场排洪系统消力池数值模拟

本文主要通过计算机数值模拟，对某贮灰场排洪系统消力池消能问题进行研究。消力池消能的关键是体型设计，经过分析设计了两个方案。通过对消力池内水流的数值模拟，得到两种方案的流态、水面线、流速、压强等参数，最终通过分析比较选出优化方案。     

尾矿库排洪系统竖井深度对泄流能力的影响研究

通过水露沟尾矿坝加高扩容工程,研究尾矿库排洪系统竖井深度对泄流能力的影响规律。在该工程中,有9个排洪支系统的排水井内外径、竖井内径、隧洞断面一致,而竖井深度不一致。选取其中3个代表性的排洪支系统,改变排水井的进水口高程,进行水工模型试验,得到了一系列的排水井进水水头与泄流量的关系曲线。以此为基础,通过实验数据分析不同竖井深度对泄流量的影响规律,建立泄流量与竖井深度之间的拟合函数关系。     

双层悬栅消力池的水力特性数值模拟

针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题,利用流体力学软件FLUENT建立RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟,得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数,通过数学模型计算值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析,结果表明:数学模型计算值与物理模型试验值吻合较好,且布置双层悬栅时,计算值与试验值误差较小;双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强,从而使水流对护坦冲击较小,护坦处涌浪降低,对压强变化影响较大,说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。     

倒虹吸双管道的水力特性试验研究

为研究倒虹吸双管道的过流能力、水头损失及水流特性,采用物理模型试验的手段,结合枝山排洪渠出口段连通工程,研究了各位置的水头损失及水流流态,并提出了降低水头损失的措施。结果表明倒虹吸顶入竖井长度能够显著增大该处的局部水头损失;两管道方向与上游方向有夹角时;两管道内易产生螺旋流且流量分配不等,通过优化方案降低了局部水头损害,提高了其过流能力。     

基于FLUENT软件的溢洪道三维泄流数值模拟

基于Fluent软件,对某水库溢洪道进行了三维数值模拟。结果:数值模拟计算得到的泄洪时流速分布、泄流能力、沿程水面线及动水压力结果与物理模型试验结果吻合良好。说明:溢洪道三维数值模拟方法可行,可供设计参考。     

干法赤泥堆场排洪系统的设计

1.赤泥堆场的排洪技术现状传统的赤泥堆场是一种特殊的尾矿库,其排洪系统的构造与普通尾矿库较为相似。目前赤泥堆场使用的排洪技术主要有以下几种及其组合：竖井——排洪管系统;斜槽——排洪管系统;浮船——排洪管系统;溢洪管系统;截洪沟和坝坡排水沟;表面排洪等。1.1竖井——排洪管系统竖井——排洪管系统是最为常见的尾矿库排洪方式,也是赤泥堆场普遍采用的排洪方式。该方式是在赤泥堆场中部设置一座或多座竖井,底部连接隐蔽的排洪管道,     

新疆头屯河水库溢洪道挑流鼻坎数值模拟

采用数值模拟的研究方法,以头屯河水库溢洪道挑流鼻坎为研究对象,运用标准k-ε计算模型结合流体体积分数法(VOF)追踪自由水面。对溢洪道进行三维水气两相流数值模拟,通过与不同工况下物理模型试验数据相对比,证实了溢洪道数值模拟计算所得数据的准确性。研究成果为后期使用数值模拟的研究方法进行溢洪道挑流鼻坎优化设计提供了理论依据。     

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。     

弧形闸门动水启闭力数值模拟

为研究弧形闸门的动水启闭力问题,以N-S方程为流体控制方程,结合k-ε湍流模型,采用VOF方法追踪闸门泄水时的自由表面,以小湾水电站泄洪洞弧形工作闸门为例,对固定在某一开度泄水时的流场进行数值模拟,求解出作用于闸门上的水压力大小和分布情况,并将结果与模型试验测得的结果进行对比。在此基础上,考虑闸门自重、铰轴摩阻力、止水摩阻力、上托力和下吸力对闸门启闭力的影响,得到最终所需的闸门动水启闭力,与模型试验测得的闸门启闭力作对比,验证数值模拟方法的正确性和可行性。     

精细化二维水动力模型在防洪评价中的应用——以滹沱河部分河段为例

为克服在防洪评价工作中常遇到复杂河道地形或者一些特殊的阻水构筑物,一维模型或常规的二维模型应用容易受到限制的问题,以滹沱河部分河段为例将基于非结构网格的具有良好激波捕捉能力的Godunov格式用于防洪评价。该河段中存在着大量的挖沙坑、桥墩、十多处丁坝,局部流态复杂。为充分考虑这些影响,建立了基于高分辨率地形的精细化二维Godunov水动力模型,并对该河段50年一遇的设计洪水进行了数值模拟。结果表明,新建模型能够很好地模拟复杂研究区域的水流状态,与商业软件的计算结果也比较接近。通过与原有该河段一维计算结果比较发现,项目区位置处水面高程降低了2.95 m,分析认为主要原因是河道地形变化所致,另一原因是新建模型能够提供更合理的计算结果。该研究案例表明基于Godunov格式的精细化二维水动力模型可成功用于复杂河道防洪评价,能够为同类型的防洪评价工作提供参考。     

高水头水电站 “三洞合一”布置的体型优化试验

针对某水电站坝址河道狭窄现状,采用放空洞、旋流竖井泄洪洞与导流洞"三洞合一"技术优化枢纽布置。通过模型试验,分析旋流竖井泄洪洞泄流能力及相关水力特性,评价了结构尺寸设计的合理性。提出在放空洞连接段采用曲线型阶梯消能工的措施,通过试验得到了优化体型。研究表明,采用曲线型阶梯消能工后,连接段流态平稳,水流掺气充分,并且消能效果显著,在单宽流量为54.3 m3/(s.m)时阶梯段的消能率达到了43%。在洞内连接段布置阶梯消能工可有效改善枢纽布置。     

龙抬头泄洪洞水力特性研究

结合某泄洪洞改建工程,利用三维紊流模型对不同进口高程的龙抬头泄洪洞水力特性进行比较研究。首先,利用龙抬头泄洪洞水工模型试验结果验证了数值模拟结果的可靠性。然后,针对四种进口高程的龙抬头泄洪洞,从泄洪洞泄流能力、水头损失及水流流态等方面进行了比较。结果表明,在保证各曲线段光滑平顺的前提下,进口高程对泄洪洞、水头损失及流态的影响不大。研究成果可为泄洪洞的设计提供依据。     

基于元胞自动机和大伙房模型的洪水演进研究

为了快速、准确地模拟洪水演进过程,将元胞自动机和二维圣维南方程相结合,构建了基于元胞自动机的洪水演进模型,实现了元胞间的局部水量交换,以及全流域洪水模拟过程的全局转换。接着,创新性地构建了基于DEM的单元栅格大伙房产流模型并将其作为元胞产流输入,将直接径流、地面壤中流和邻域元胞入流共同作为水深增量,充分考虑到了降雨对河道滩地洪水演进模拟带来的影响。以浑河沈阳城区河段物理模型试验数据为基础,选取了不同设计频率洪水进行实例验证与分析。分析结果表明:水深的模拟具有较高的精度;流速总体上满足模拟需求;淹没范围具有相同的变化趋势,具有合理性和有效性。研究结果可为洪水演进模拟提供一种新方法,同时对其他相似地区洪水演进模拟工作也具有借鉴意义。     

溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

基于一二维耦合技术的溃坝洪水模拟研究

以印度尼西亚巴丹托鲁水电站溃坝洪水模拟为例,对于地形条件复杂的河流,利用MIKE软件基于一二维耦合技术构建溃坝洪水计算模型,对拟定的溃坝工况进行数值模拟。建立的溃坝洪水一二维耦合模型适用于不规则计算域和地形,通过引入了新的动态耦合技术,避免了采用单一模型时遇到的计算效率、网格精度和准确性方面的问题。通过数值模拟得到了溃口流量过程和下游海滩地区洪水演进过程,并对下游敏感区域进行淹没影响分析。模拟成果为水电站工程设计、溃坝洪水风险分析和灾害损失评估提供了技术支撑。     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组，依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中，应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算，并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件，计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。